Une technologie de pointe pour la recherche sur le cerveau
La stimulation magnétique transcrânienne (TMS pour Transcranial Magnetic Stimulation) est une procédure non invasive de stimulation des cellules nerveuses à l’aide de champs magnétiques. Elle a été appliquée à la recherche et au traitement des troubles psychiatriques et de la dépression. Elle propose une résolution spatio-temporelle élevée grâce à l’application d’un champ magnétique extrêmement puissant (10 000 fois le champ magnétique terrestre) qui perturbe temporairement l’activité cérébrale. La magnétoencéphalographie (MEG) constitue la technique la plus précise de mesure des champs magnétiques générés par l’activité électrique du cerveau. La MEG repose sur des capteurs ultrasensibles capables de détecter des champs typiquement inférieurs à un cent-millionième du champ magnétique terrestre. Bien qu’elles pourraient être combinées pour étudier la connectivité fonctionnelle entre différentes régions du cerveau, la TMS et la MEG sont incompatibles.
Combiner la TMS et la MEG
Entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), le projet STIMUSURE entend surmonter cette limitation en développant le premier dispositif combinant TMS et MEG. «Les champs magnétiques de la TMS perturbent les capteurs ultra-sensibles de la MEG, ce qui empêche l’utilisation simultanée de ces techniques», explique Lari Koponen, chargé de recherche au MSCA. S’appuyant sur les progrès réalisés dans le domaine de la fabrication de logiciels et de matériel, STIMUSURE a développé un capteur innovant capable de résister aux pics de champs magnétiques générés par la TMS tout en enregistrant les faibles champs magnétiques produits par le cerveau. Le capteur fonctionne selon le principe du pompage optique, un processus dans lequel la lumière sert à manipuler les propriétés magnétiques des atomes. Il mesure essentiellement les changements au sein des modèles d’absorption et d’émission de lumière qui sont proportionnels à l’intensité du champ magnétique. Les capteurs magnétométriques à pompage optique (MPO) sont idéaux pour les champs magnétiques faibles et les applications en biomagnétisme, telles que la mesure des champs magnétiques produits par l’activité neuronale du cerveau ou du cœur. Chose importante, ils peuvent également fonctionner à température ambiante. Le capteur de STIMUSURE a été validé techniquement après des impulsions de TMS, ce qui prouve qu’il est possible de combiner simultanément la MEG et la TMS.
Des avancées technologiques
Le projet a également produit le premier gradiomètre magnétique intrinsèque à pompage optique destiné à un usage humain. Il s’agit d’un type avancé de magnétomètre conçu pour mesurer le gradient d’un champ magnétique, plutôt que son intensité absolue. Ce gradiomètre magnétique est particulièrement utile pour détecter les petites variations des champs magnétiques dans l’espace, ce qui peut fournir des informations plus détaillées sur la source des champs magnétiques, telle que l’activité neuronale du cerveau ou l’activité électrique du cœur. Plus important encore, il s’est avéré qu’il réduit les interférences entre les capteurs.
Les orientations futures
Bien que STIMUSURE n’ait pas obtenu le financement nécessaire à faire passer le capteur du stade de la preuve de concept à celui d’outil de recherche, les réalisations du projet ouvrent la voie à de futures recherches. «Les progrès de la technologie des capteurs et la création de modèles informatiques constituent une base solide pour surmonter les derniers défis techniques», souligne Lari Koponen. Les efforts futurs devront privilégier le perfectionnement du matériel TMS et l’obtention du soutien nécessaire à la pleine réalisation de ces innovations. La combinaison de la TMS et de la MEG constitue une étape importante vers une cartographie fonctionnelle plus précise du cerveau et une meilleure compréhension de la connectivité cérébrale.
Mots‑clés
STIMUSURE, cerveau, capteur, TMS, MEG, stimulation magnétique transcrânienne, magnétoencéphalographie
